Tekuté hélium: vlastnosti a vlastnosti hmoty

Hélium patří do skupiny vzácných plynů. Tekuté hélium je nejchladnější tekutina na světě. V tomto stavu agregace má řadu jedinečných vlastností, jako je superfluidita a supravodivost. Podrobnější informace o jeho vlastnostech se dozvíme později.

Hliníkový plyn

Hélium je jednoduchá látka široce distribuovaná ve vesmíru v plynném stavu. V periodické tabulce Mendeleeva je to druhá a stojí hned za vodíkem. Jedná se o inertní nebo vzácné plyny.

Prvek je označen jako "On". Ze starověkého řeckého jazyka se jmenuje "Slunce". Zpočátku to mělo být kov. Ukázalo se však, že jde o monatomický plyn. Hélium je druhé chemická látka svou lehkostí nemá chuť, barvu a vůni. Má nejnižší bod varu.

Za normálních podmínek je to ideální plyn. Kromě plynného může být v pevném a kapalném stavu. Jeho inertnost se projevuje v neaktivní interakci s jinými látkami. Prakticky se nerozpouští ve vodě. Pro průmyslové účely je odvozen ze zemního plynu a odděluje ho od nečistot silným chlazením.

Plyn může být pro člověka nebezpečný. Zvýšení koncentrace ve vzduchu vede k nedostatku kyslíku v krvi, který se v medicíně nazývá hladem kyslíku. Vstup do těla ve velkém množství způsobuje zvracení, ztrátu vědomí a někdy i smrt.

Zkapalňování hélia

Jakýkoli plyn může za určitých podmínek přejít do stavu kapalného agregátu. Zkapalňování se běžně používá v průmyslu, stejně jako ve vědeckém výzkumu. Pro některé látky stačí jednoduše zvýšit tlak. Jiné, jako je hélium, jsou v tekutém stavu až po ochlazení.

Pokud je teplota plynu nad kritickým bodem, pak nekondenzuje bez ohledu na tlak. Pro helium je kritickým bodem Kelvina teplota 5, 19, pro jeho 3He izotop je 3,35 K.

Tekuté hélium je prakticky ideální kapalina. Je charakterizována nepřítomností povrchového napětí, viskozity. Po změně tlaku a teploty zůstává jeho hlasitost stejná. Kapalné hélium má extrémně nízké napětí. Látka je bezbarvá a vysoce tekoucí.

Vlastnosti kapalného hélia

V kapalném stavu se hélium téměř nerozlišuje, protože slabě odráží světelné paprsky. Za určitých podmínek má vlastnosti kvantové kapaliny. Díky tomu při normálním tlaku nekrystalizuje ani při teplotě minus-273,15 Celzia (absolutní nula). Všechny ostatní známé materiály se za těchto podmínek ztuhnou.

Teplota kapalného hélia, při které začíná vařit, je -268,9 stupňů Celsia. Fyzikální vlastnosti izotopů se značně liší. Tak, helium-4 se vaří při teplotě 4,215 K.

Jedná se o kapalinu Bose, která se vyznačuje fázovými přechody při teplotě 2,172 Kelvinů a níže. He II fáze je charakterizována superfluiditou a supertermální vodivostí. Při teplotách pod fázemi He I a He II dochází současně, v důsledku čehož se v kapalině objevují dvě rychlosti zvuku.

Helium-3 je kapalina Fermi. Směřuje při teplotě 3,19 Kelvina. Izotopová superfluid schopni dosáhnout jen při velmi nízkých teplotách (několik millikelvins), pokud existuje dostatečná přitažlivost mezi jeho částic.

Nadměrná hélia

Studie konceptu superfluidity vědy vděčí akademici Kapica, SP a LD Landau studovat vlastnosti kapalného helia v roce 1938, Sergej Kapica uvedl, že blížící se absolutní nule, tekutina ztrácí viskozitu, než tvrdnout.

AKADEMIK k závěru, že poté, co teplota klesne pod helium 2172 K, materiál přechází z normálního stavu do zcela nové fáze nazvané hélium-II. V této fázi látka prochází kapiláry a úzkými otvory bez nejmenšího tření. Tento stav se nazývá "superfluidity".

V roce 1941 Landau L. D. pokračoval ve studiu vlastností kapalného helia a vyvinul teorii superfluidity. Vysvětlete to, on vzal kvantové metody, používat koncept energetického spektra excitace.

Aplikace hélia

Element hélia byl objeven ve spektru Slunce v roce 1868. Na Zemi ho objevil William Ramsay v roce 1895, po kterém byl dlouho studován a nebyl v ekonomické oblasti využit. V průmyslové činnosti byla během první světové války používána jako palivo pro vzducholodě.

Plyn se aktivně používá k balení v potravinářském průmyslu při tavení kovů. Geologové ji používají k detekci chyb v zemské kůře. Tekuté hélium se používá hlavně jako chladivo, které udržuje extrémně nízké teploty. Tato vlastnost je nezbytná pro vědecký výzkum.

Chladicí kapalina se používá v kryogenních elektrických strojích, v skenovacích tunelovacích mikroskopech, ve zdravotnických prostředcích NMR skenerů, v urychlovače nabitých částic.

Závěr

Hélium je inertní nebo vzácný plyn, vykazující nízkou aktivitu v interakci s jinými látkami. V periodickém systému chemických prvků stojí na druhém místě, což vede k vodíku. V přírodě je látka v plynném stavu. Za určitých podmínek se může přenést na další agregátní stavy.

Hlavním rysem kapalného hélia je jeho superfluidita a ne schopnost krystalizovat při normálním tlaku, i když teplota dosáhne absolutní nuly. Vlastnosti izotopů látky nejsou stejné. Jejich kritické teploty, jejich podmínky varu a také hodnoty spinů jejich částic se liší.